DE3043855A1 - HOT GAS COOLER TO A COAL GASIFICATION PLANT - Google Patents

HOT GAS COOLER TO A COAL GASIFICATION PLANT

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DE3043855A1 DE19803043855 DE3043855A DE3043855A1 DE 3043855 A1 DE3043855 A1 DE 3043855A1 DE 19803043855 DE19803043855 DE 19803043855 DE 3043855 A DE3043855 A DE 3043855A DE 3043855 A1 DE3043855 A1 DE 3043855A1
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Description

P. 5540P. 5540

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur / SchweizSulzer Brothers Aktiengesellschaft, Winterthur / Switzerland

Heissgaskühler zu einer KohlevergasungsanlageHot gas cooler to a coal gasification plant

Es ist ein Heissgaskühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen worden, in dem die heissen Gase der Reaktionskammer einer Kohlevergasungsanlage auf eine Temperatur von rund 400 C abgekühlt werden sollen. Die gasseitig hohe Temperaturspanne verlangt eine entsprechend grosse Wärmeübergangsfläche, das heisst einen entsprechend gross dimensionierten Einsatz.A hot gas cooler according to the preamble of claim 1 has been proposed, in which the hot gases the reaction chamber of a coal gasification plant should be cooled to a temperature of around 400 C. the A high temperature range on the gas side requires a correspondingly large heat transfer surface, that is, a correspondingly large use.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Abmessungen dieses Ein-' satzes und damit auch die Abmessungen des Druckgefässes klein zu halten, ohne dass dadurch seine Zugänglichkeit für die Wartung verunmöglicht würde.It is the object of the invention to determine the dimensions of this insert and thus also the dimensions of the pressure vessel to keep it small without making its accessibility for maintenance impossible.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Anordnen eines Hemdes aus dicht verschweissten Röhren wird ein zweiter, ringförmiger Gaszug gebildet, der innen durch die Wand des Einsatzes begrenzt ist. Im Gegensatz zum Ausgangspunkt der Erfindung wird bei dieser auch die Aussenseite des Einsatzes zur Wärmeübertragung verwendet; die Abmessungen des im Druckgefäss unterzubringenden Drucksystems können daherThis object is achieved by the features according to the characterizing part of claim 1. By arranging a shirt A second, ring-shaped gas flue is formed from tightly welded tubes, which runs through the inside of the wall of the insert is limited. In contrast to the starting point of the invention, this also includes the outside of the insert used for heat transfer; the dimensions of the pressure system to be accommodated in the pressure vessel can therefore

verkleinert werden.can be reduced in size.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei gegebener Länge des Einsatzes dessen Durchmesser nicht zu stark vergrössert werden muss,um die nötige Wärmeübertragerflache zu erreichen. Eine zu starke Vergrösserung dieses Durchmessers hätte nämlich eine zu geringe Geschwindigkeit der abzukühlenden Gassäule zur Folge, was sich in einem einseitigen Strömungsprofil auswirken könnte. Durch ein solches würde wiederum die Wärmeübertragerfläche schlecht ausgenutzt , mit der Folge, dass entweder die verlangte Abkühlung nicht erreicht würde oder aber Einsatz und Druckbehälter zusätzlich vergrössert v/erden müssten.A particular advantage of the invention is that, given the length of the insert, its diameter is not has to be enlarged too much in order to obtain the necessary heat exchanger surface to reach. Too great an increase in this diameter would namely have too low a speed the result of the gas column to be cooled, which could result in a one-sided flow profile. By in turn, this would mean that the heat exchanger surface would be poorly used, with the result that either would be required Cooling would not be achieved or the insert and pressure vessel would also have to be enlarged.

Einsatz und Hemd können als koaxiale Kreisszylinderflächen ausgebildet werden. Die zusammengeschweissten Rohre lassen sich dabei als Mantellinien oder aber als Wendeln in den Zylinderflächen anordnen. Besonders vorteilhaft ist aber eine Lösung nach den Merkmalen des Anspruchs 2. Einsatz und Hemd bestehen dann aus Rohrtafeln, die leicht in derInsert and shirt can be used as coaxial circular cylinder surfaces be formed. Leave the pipes welded together arrange themselves as surface lines or as spirals in the cylinder surfaces. But it is particularly advantageous a solution according to the features of claim 2. Insert and shirt then consist of pipe panels that are easily in the

Werkstatt hergestellt, transportiert und an Ort zusammengeschweisst werden können.Workshop manufactured, transported and welded together on site can be.

Die Lösung nach Anspruch 4 bringt den Vorteil, dass der Ringraum zwischen Einsatz und Hemd auf seinem Umfang gleichmässig verteilt Erweiterungen aufweist, die ein Befahren dieses Ringraumes für Wartungs-- und Reparaturzwecke erleichtern. Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:The solution according to claim 4 has the advantage that the annular space between the insert and shirt on its circumference evenly distributed has extensions that can be driven on facilitate this annulus for maintenance and repair purposes. The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing. It shows in a schematic representation:

Figur 1: einen Vertikalschnitt durch einen Gaskühler nach derFigure 1: a vertical section through a gas cooler according to the

Erfindunginvention

Figur 2: einen Querschnitt durch den Gaskühler nach der Schnittlinie II - II in Figur 1.FIG. 2: a cross section through the gas cooler along the section line II - II in FIG. 1.

In einem zylindrischen Druckbehälter 1 ist an einem inneren Balkenkranz 2 ein Einsatz 3 und an einem äusserenIn a cylindrical pressure vessel 1 there is an insert 3 on an inner beam ring 2 and on an outer one

-k--k-

Balkenkranz 4 ein Hemd 5 aufgehängt. Einsatz 3 und Hemd 5 bestehen je aus einer Reihe von vertikalen, über Stege miteinander dicht verschweissten Rohren 6, welche Mantellinien von regulären sechsseitigen Prismen bilden. Die Rohre 6 des Einsatzes 3 wie des Hemdes 5 sind in einem oberen Bereich nach innen abgekröpft, wobei ein Teil der Rohre 6 des Einsatzes 3, wiederum dicht miteinander verschweisst, einen Hals 7 mit Sechseckquerschnitt bildet. Dasselbe gilt für einen Teil der Rohre 6 des Hemdes 5, die einen Hals 9 bilden. Beam wreath 4 a shirt 5 hung up. Insert 3 and shirt 5 each consist of a series of vertical bars with one another tightly welded pipes 6, which surface lines form of regular six-sided prisms. The tubes 6 of the insert 3 as well as the shirt 5 are in an upper area angled inward, with a part of the tubes 6 of the insert 3, again welded tightly to one another, a Neck 7 forms with a hexagonal cross-section. The same applies to some of the tubes 6 of the shirt 5, which form a neck 9.

Die restlichen, mit 61 bezeichneten Rohre verlaufen im Ringraum 11' zwischen den beiden Hälsen 7 und 9 und schliesslich sind die Enden aller Rohre 6 in einem sechseckig angelegten Ringkollektor 12 eingeschweisst.The remaining tubes, denoted by 6 1 , run in the annular space 11 'between the two necks 7 and 9 and finally the ends of all tubes 6 are welded into a hexagonal ring collector 12.

Die Rohre 6 des Einsatzes 3 wie auch des Hemdes 5 sind anThe tubes 6 of the insert 3 as well as the shirt 5 are on

^gemeinsamen)
ihrem unteren Ende mit einemTVerteiler 14 verbunden, der ebenfalls Sechseckumriss aufweist. Dabei sind im Endbereich die Rohre des Einsatzes 3 abwechslungsweise so ausgebogen, dass ein offenes Rohrbüschel entsteht, durch welches das zu kühlende Gas aus dem zentralen Fallraum 10 in den Ringraum 11 übertreten kann.^ common)
their lower end connected to a distributor 14, which also has a hexagonal outline. In the end area, the tubes of the insert 3 are alternately bent so that an open tube bundle is created through which the gas to be cooled can pass from the central drop space 10 into the annular space 11.

Die Rohre des Hemdes 5 bilden zusammen mit den Stegen eine bis zum Verteiler 14 reichende dichte Wand. Etwa die Hälfte der Rohre ist jedoch im untersten Bereich aus dieser Wand ausgebogen. Sie münden wie üblich gegenüber den wandbildenden Rohren versetzt in den Verteiler 14, um diesen nicht unzulässig zu schwächen. Am Verteiler 14 ist unten ein Ring 20 angebracht, an dem ein Balg 21 befestigt ist, der eine dichte Verbindung herstellt zu einem FlanschThe tubes of the shirt 5 together with the webs form a tight wall reaching as far as the distributor 14. About the However, half of the pipes are bent out of this wall in the lowest area. As usual, they end opposite the wall-forming ones Pipes moved into the manifold 14 so as not to unduly weaken it. At the manifold 14 is down a ring 20 attached to which a bellows 21 is attached, which creates a tight connection to a flange

22 eines doppelwandigen Trichters 23. Der Hals 25 dieses Trichters durchdringt den Boden 26 des Druckgefässes 1.22 of a double-walled funnel 23. The neck 25 of this The funnel penetrates the bottom 26 of the pressure vessel 1.

Der Zwischenraum zwischen den zwei Wänden dieses TrichtersThe space between the two walls of this funnel

23 ist mit Wasser gefüllt, das durch Löcher 30 austritt und im Trichter ein Niveau 32 bildet.23 is filled with water which exits through holes 30 and forms a level 32 in the funnel.

An seinem oberen Ende ist der Hals 7 über ein nicht gezeichnetes nachgiebiges Element mit einem nach innen vorspringenden Rand 30 eines Rohres 31 verbunden, das mit Isoliersteinen 3 2 ausgekleidet ist und den Austritt eines nicht gezeichneten Reaktionsgefässes darstellt. Das RohrAt its upper end, the neck 7 has a resilient element (not shown) with an inwardly projecting one Edge 30 of a pipe 31 connected, which is lined with insulating stones 3 2 and the outlet of a represents reaction vessel not shown. The pipe

tarn Druckgef äs.s_l befestxgterij
31 is'f'vori einenFstutzen 34 mit Flansch 35 umgeben. Dieser Flansch 35 wird mit dem genannten Reaktionsgefass druckdicht verbunden.camouflage pressure vessel äs.s_l fastenxgterij
31 is surrounded by a socket 34 with a flange 35. This flange 35 is connected to said reaction vessel in a pressure-tight manner.

Am Hemd 5 ist eine Oeffnung 40 vorgesehen, in deren Bereich ein Teil der Rohre aus der Hemdflächenebene ausgebogen ist und dichtende Verbindungsrippen zwischen den Rohren fehlen. An der Aussenseite des Hemdes ist der Rand der Oeffnung durch einen Balg 42 mit einer Austrittsleitung 43 verbunden, die den Druckbehälter 1 durch eine nachgiebige Hülse 44 verlässt.An opening 40 is provided on the shirt 5, in the area of which some of the tubes are bent out of the shirt surface plane and sealing connection ribs between the pipes are missing. On the outside of the shirt, the edge of the opening is connected to an outlet line 43 by a bellows 42, which leaves the pressure vessel 1 through a flexible sleeve 44.

Die zwischen dem Verteiler 14 und dem Sammler 12 parallel geschalteten Rohre 6 bilden mit Verteiler 14 und Sammler zusammen den wärmeaufnehmenden Teil eines Dampferzeugers. Verteiler 14 und Sammler 12 sind zu diesem Zweck über nicht gezeichnete, den Druckbehälter 1 durchdringende Rohre mit den übrigen Anlageteilen des Dampferzeugers verbunden.The pipes 6 connected in parallel between the distributor 14 and the collector 12 form with the distributor 14 and the collector together the heat-absorbing part of a steam generator. For this purpose, distributor 14 and collector 12 are connected via pipes (not shown) that penetrate the pressure vessel 1 connected to the other parts of the system of the steam generator.

Im Betrieb der Anlage strömen aus dem erwähnten, nicht gezeichneten Reaktor Gase von etwa 1 400 C, die Russ und Schlacketeilchen enthalten, durch das gefütterte Rohr 31 und den Hals 7 in den Einsatz 3, in welchem vorallem durch Gasstrahlung an die gekühlte Wand des Einsatzes, eine Abkühlung auf rund 1 0000C stattfindet. Im Bereich des unteren Endes des Einsatzes biegt die Gassträming nach oben \m ,während der weitaus grösste Teil der Russ- und Schlacketeilchen in den Trichter 23 fällt und aus diesem mit dem laufend einströmenden Wasser abgeführt x^ird» Die im Ringraum '"zwischen Einsatz 3 und Hemd 5 nach oben strömenden Gase v/erden weiter abgekühlt auf etwa 4000C, worauf sie den Ringraum über das Rohr 43 verlassen. Die v/eitere, problemlosere Abkühlung ge-During operation of the plant, gases of about 1,400 C, which contain soot and slag particles, flow from the reactor mentioned, not shown, through the lined pipe 31 and the neck 7 into the insert 3, in which mainly by gas radiation on the cooled wall of the insert , cooling to around 1,000 ° C. takes place. In the area of the lower end of the insert the Gassträming bends upward \ m, while the vast majority of soot and slag falls into the hopper 23 and discharged therefrom with the continuously flowing water x ^ ird "The annulus '' between the insert 3 and shirt 5 upwardly flowing gases are further cooled to about 400 ° C., whereupon they leave the annular space via the pipe 43. The further, more problem-free cooling takes place.

schieht in nachgeschalteten Wärmeübertragern, die sekundärseitig vorzugsweise ebenfalls Bestandteile der Dampferzeugeranlage bilden.takes place in downstream heat exchangers, which are preferably also part of the steam generator system on the secondary side form.

Einsatz 3 und Hemd 5 sind im Ausführungsbeispiel über Zugbänder 16 bzw. 17 aufgehängt, die zweckmässig von den Stegblechen zwischen den Rohren 6 ausgehen.Insert 3 and shirt 5 are suspended in the exemplary embodiment via drawstrings 16 and 17, which are expediently from the Web plates go out between the tubes 6.

Dabei können die Zugbänder 16 im Bereich der oberen Aussenkante des Einsatzes 3 bis zu den etwa horizontal verlaufenden, dicht miteinander verbundenen Rohren 6 des Hemdes 5 gasdicht miteinander verbunden sein, sodass die Räume 10 und 11 vollständig vom Raum ausserhalb des Hemdes 5 ge-The drawstrings 16 can be in the area of the upper outer edge of the insert 3 up to the approximately horizontally extending, tightly interconnected tubes 6 of the shirt 5 be connected to each other in a gas-tight manner, so that the rooms 10 and 11 are completely separated from the room outside the shirt 5

\pberen trennt sind. Es kann auch zweckmässig sein, insbesondere im1 \ pberen are separated. It can also be useful, especially in the 1st

11;
Bereich des Ringraums^zwischen Einsatz 3 und Hemd 5, eine Verbindungsöffnung zum äusseren Raum vorzusehen, sodass stets ein gewisser Druckausgleich über die Wand des Hemdes entsteht und dieses nicht durch grössere Druckkräfte belastet werden kann.11;
In the area of the annular space between insert 3 and shirt 5, a connection opening to the outer space is to be provided so that a certain pressure equalization is always created over the wall of the shirt and this cannot be stressed by greater pressure forces.

Die Ecken 50 des Einsatzes 3 und die Ecken 51 des Hemdes sind im Ausführungsbeispiel, wie Figur 2 zeigt, um einen Winkel $ = = 30° gegeneinander versetzt. Es entstehen dadurch im Raum 11 sechs über den Umfang verteilte Erweiterungen 52, die die Wartung der den Einsatz und das Hemd bildenden Rohrwände wesentlich erleichtern. Aehnliche Erweiterungen 53 ergeben sich zwischen Hemd 5 und der kreiszylindrischen Wand des Druckbehälters 2. Diese Erweiterungen 52, 53 sind über nicht dargestellte Mannlöcher im Druckgefäss 2 und Hemd 5 und/oder über die vorhandenen Druckgefässanschlüsse 34, 35 und 43 erreichbar.The corners 50 of the insert 3 and the corners 51 of the shirt are in the exemplary embodiment, as shown in FIG. 2, offset from one another by an angle $ = = 30 °. This results in six widenings 52 distributed over the circumference in space 11, which considerably facilitate the maintenance of the pipe walls forming the insert and the shirt. Similar extensions 53 result between the shirt 5 and the circular cylindrical wall of the pressure vessel 2. These extensions 52, 53 can be reached via manholes (not shown) in the pressure vessel 2 and shirt 5 and / or via the existing pressure vessel connections 34, 35 and 43.

Bei Heissgaskühlern für Kohlevergasungsanlagen ist es besonders wichtig, dass die Wärmeübertragerflächen gedrungen sind, weil die abzukühlenden Heissgase unter verhältnismässig hohem Ueberdruck von beispielsweise 4 MPa(= rund 40 atü) stehen, was ein verhältnismässig dickwandiges Druckgefäss bedingt.In the case of hot gas coolers for coal gasification plants, it is particularly important that the heat exchanger surfaces are compact because the hot gases to be cooled are under a relatively high overpressure of, for example, 4 MPa (= around 40 atmospheres) stand, which requires a relatively thick-walled pressure vessel.

Claims (4)

PatentansprücheClaims 1. Heissgaskühler zu einer Kohlevergasungsanlage, bestehend aus einem vertikal angeordneten, im wesentlichen zylinrischen Druckgefäss mit einem koaxial im Druckgefäss angeordneten, einen Fallraum bildenden, über den Umfang geschlossenen Einsatz aus dicht zusammengeschweissten Rohren, wobei diese Rohre Teil des beheizten Drucksystems eines Dampferzeugers sind und wobei der vom Einsatz umschlossene Raum oben über einen das Druckgefäss durchdringenden Gaszufuhrkanal mit einer Reaktionskammer und unten über einen Austrittskanal mit einer Schlackenabführvorrichtung verbunden ist,1. Hot gas cooler for a coal gasification plant, consisting from a vertically arranged, essentially cylindrical Pressure vessel with a coaxially arranged in the pressure vessel, forming a fall space, over the circumference closed insert made of tightly welded Pipes, these pipes being part of the heated pressure system of a steam generator and being used by the insert enclosed space above via a gas supply channel penetrating the pressure vessel with a reaction chamber and at the bottom via an outlet channel with a slag discharge device connected is, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz von einem ebenfalls aus dicht verschweissten Rohren bestehenden Hemd umgeben ist, sodass ein den Einsatz umgebender, gegenüber dem Druckgefässmantel abgeschlossener Ringraum gebildet ist, der in seinem unteren Bereich mit dem Innenraum des Einsatzes kommuniziert, und dass im oberen Teil des Ringraumes mindestens ein vorzugsweise kühlbarer, am characterized in that the insert is surrounded by a shirt that also consists of tightly welded tubes, so that an annular space surrounding the insert is formed which is closed off from the pressure vessel jacket and communicates in its lower area with the interior of the insert, and in the upper part of the Annular space at least one preferably coolable, am ^vorgesehen^ist, der> Hemd angeschlossener GasaustrittkanaPdie Wand des Druckgefässes durchdringt.^ is provided ^, the> Shirt of connected gas outlet duct penetrates the wall of the pressure vessel. 2. Heissgaskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz im wesentlichen ein langgestrecktes Prisma mit Polygonquerschnitt, vorzugsweise einem regulären n-Eck-Querschnitt, bildet.2. Hot gas cooler according to claim 1, characterized in that the insert is essentially an elongated one Prism with a polygonal cross-section, preferably a regular n-corner cross-section, forms. 3. Heissgaskühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Hemd im wesentlichen ein langqestrecktes Prisma mit Polygonquerschnitt, vorzugsweise einem regulären n-Eck-Querschnitt, bildet.3. Hot gas cooler according to claim 2, characterized in that the shirt is also essentially an elongated one Prism with a polygonal cross-section, preferably a regular n-corner cross-section, forms. 4. Heissgaskühler nach Anspruch 3, wobei Einsatz wie auch Hemd je ein η-eckiges reguläres Prisma bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden η-eckigen Prismen bezüglich ihrerLängsachse um den Winkel -^ = 360°/2n gegeneinander verdreht sind.4. Hot gas cooler according to claim 3, the insert as well as the shirt each forming an η-angular regular prism, characterized in that the two η-angular prisms are rotated with respect to their longitudinal axis by the angle - ^ = 360 ° / 2n.
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